Las computadoras cuánticas son máquinas poderosas que pueden resolver ecuaciones complejas mucho más rápido que las computadoras normales. Algunos expertos estiman que podrían descifrar el cifrado que llevaría miles de años a las computadoras más rápidas de hoy en solo minutos. Como resultado, la mayor parte de la infraestructura de seguridad digital actual podría estar en riesgo, incluida la criptografía subyacente a Bitcoin y las criptomonedas.
Este artículo ofrecerá una introducción a las diferencias entre las computadoras cuánticas y las computadoras normales y los riesgos que representan para las criptomonedas y la infraestructura digital.
Computadoras Cuánticas. Criptografía Asimétrica y Seguridad en Internet
La criptografía asimétrica (también conocida como criptografía de clave pública) es un componente crítico del ecosistema de criptomonedas y la mayor parte de la infraestructura de Internet. Se basa en un par de claves para cifrar y descifrar información, es decir, una clave pública para cifrar y una clave privada para descifrar. Por el contrario, la criptografía de clave simétrica solo usa una clave para cifrar y descifrar datos.
Una clave pública se puede compartir libremente y usar para cifrar información, que luego solo puede ser descifrada por la clave privada correspondiente. Esto asegura que solo el destinatario previsto pueda acceder a la información cifrada.
Ventajas de la Criptografía Asimétrica
Una de las principales ventajas de la criptografía asimétrica es la capacidad de intercambiar información sin necesidad de compartir una clave común a través de un canal que no es de confianza. Sin esta habilidad crucial, la seguridad de la información básica hubiera sido imposible en Internet. Es difícil imaginar la banca en línea, por ejemplo, sin la capacidad de cifrar de forma segura información entre partes que de otro modo no serían de confianza.
Parte de la seguridad de la criptografía asimétrica se basa en la suposición de que el algoritmo que genera el par de claves hace que sea increíblemente difícil calcular la clave privada a partir de la clave pública, mientras que es sencillo calcular la clave pública a partir de la clave privada. En matemáticas, esto se denomina función de trampilla, porque es fácil de calcular en una dirección pero difícil en la otra.
Actualmente, la mayoría de los algoritmos modernos que se utilizan para generar el par de claves se basan en funciones matemáticas conocidas. No se sabe que estas funciones de trampilla se puedan resolver en un período de tiempo que sería factible para cualquier computadora existente. Llevaría una inmensa cantidad de tiempo incluso para las máquinas más poderosas realizar estos cálculos.
Sin embargo, esto podría cambiar pronto con el desarrollo de nuevos sistemas informáticos llamados computadoras cuánticas. Para comprender por qué las computadoras cuánticas son tan poderosas, examinemos primero cómo funcionan las computadoras normales.
Computadoras Clásicas
Las computadoras que conocemos hoy se pueden llamar computadoras clásicas. Esto significa que los cálculos se realizan en orden secuencial: se ejecuta una tarea de cálculo y luego se puede iniciar otra. Esto se debe al hecho de que la memoria en una computadora clásica debe obedecer las leyes de la física y solo puede tener un estado de 0 o 1.
Existen varios métodos de hardware y software que permiten a las computadoras dividir cálculos complejos en porciones más pequeñas para ganar algo de eficiencia. Sin embargo, la base sigue siendo la misma. Se debe completar una tarea computacional antes de que se pueda iniciar otra.
Ejemplo
Consideremos el siguiente ejemplo, donde una computadora debe adivinar una clave de 4 bits. Cada uno de los 4 bits puede ser un 0 o un 1. Una computadora clásica necesita adivinar cada combinación por separado, una a la vez. Imagínese tener una cerradura y 16 llaves en un llavero. Cada una de las 16 teclas debe probarse por separado. Si el primero no abre la cerradura, se puede probar con el siguiente, luego con el siguiente y así sucesivamente hasta que la llave correcta abra la cerradura.
Sin embargo, a medida que aumenta la longitud de la clave, el número de combinaciones posibles crece exponencialmente. En el ejemplo anterior, agregar un bit adicional para aumentar la longitud de la clave a 5 bits daría como resultado 32 combinaciones posibles. Incrementarlo a 6 bits daría como resultado 64 combinaciones posibles. A 256 bits, el número de combinaciones posibles está cerca del número estimado de átomos en el universo observable.
Por el contrario, la velocidad de procesamiento computacional solo crece linealmente. Duplicar la velocidad de procesamiento de una computadora da como resultado solo duplicar el número de conjeturas que se pueden hacer en un tiempo dado. El crecimiento exponencial supera con creces cualquier progreso lineal en el lado de las conjeturas. Se estima que se necesitarían milenios para que un sistema informático clásico adivinara una clave de 55 bits. Como referencia, el tamaño mínimo recomendado para una semilla utilizada en Bitcoin es de 128 bits, y muchas implementaciones de billetera usan 256 bits.
Parecería que la informática clásica no es una amenaza para el cifrado asimétrico utilizado por las criptomonedas y la infraestructura de Internet.
Computadoras Cuánticas
Actualmente, hay una clase de computadoras en sus primeras etapas de desarrollo para las cuales estas clases de problemas serían triviales de resolver: las computadoras cuánticas. Las computadoras cuánticas se basan en principios fundamentales descritos en la teoría de la mecánica cuántica, que se ocupa de cómo se comportan las partículas subatómicas.
En las computadoras clásicas, un bit se usa para representar información, y un bit puede tener un estado de 0 o 1. Las computadoras cuánticas funcionan con bits cuánticos o qubits. Un qubit es la unidad básica de información en una computadora cuántica. Al igual que un bit, un qubit puede tener un estado de 0 o 1. Sin embargo, gracias a la peculiaridad de los fenómenos de la mecánica cuántica, el estado de un qubit también puede ser 0 y 1 al mismo tiempo.
Esto ha estimulado la investigación y el desarrollo en el campo de la computación cuántica, con universidades y empresas privadas que invierten tiempo y dinero en explorar este nuevo y emocionante campo. Abordar la teoría abstracta y los problemas prácticos de ingeniería que presenta este campo está a la vanguardia del logro tecnológico humano. Desafortunadamente, un efecto secundario de estas computadoras cuánticas sería que los algoritmos que forman la base de la criptografía asimétrica se volverían triviales de resolver, rompiendo fundamentalmente los sistemas que dependen de ellos.
Consideremos el ejemplo de descifrar la clave de 4 bits nuevamente. En teoría, una computadora de 4 qubits podría tomar los 16 estados (combinaciones) a la vez, en una sola tarea computacional. La probabilidad de encontrar la clave correcta sería del 100% en el tiempo que tardaría en realizar este cálculo.
Criptografía Cuántica Resistente
La aparición de la tecnología de computación cuántica podría socavar la criptografía que subyace a la mayor parte de nuestra infraestructura digital moderna, incluidas las criptomonedas.
Esto pondría en riesgo la seguridad, las operaciones y las comunicaciones de todo el mundo, desde los gobiernos y las corporaciones multinacionales hasta el usuario individual. No es de extrañar que una cantidad considerable de investigación se dirija a investigar y desarrollar contramedidas a la tecnología. Los algoritmos criptográficos que se supone que son seguros contra la amenaza de las computadoras cuánticas se conocen como algoritmos resistentes a los cuánticos.
En un nivel básico, parece que el riesgo asociado con las computadoras cuánticas podría mitigarse con la criptografía de clave simétrica mediante un simple aumento en la longitud de la clave. Este campo de la criptografía fue dejado de lado por la criptografía de clave asimétrica debido a los problemas que surgen al compartir una clave secreta común a través de un canal abierto. Sin embargo, puede resurgir a medida que se desarrolle la computación cuántica.
El problema de compartir de forma segura una clave común a través de un canal abierto también podría encontrar su solución en la criptografía cuántica. Se están realizando avances para desarrollar contramedidas contra las escuchas ilegales. Los fisgones en un canal compartido podrían detectarse utilizando los mismos principios que se requieren para el desarrollo de computadoras cuánticas. Esto permitiría saber si una clave simétrica compartida había sido previamente leída o manipulada por un tercero.
Soluciones Para la Criptografía Cuántica Resistente
Se están investigando otras vías de investigación para derrotar posibles ataques basados en cuántica. Estos pueden involucrar técnicas básicas como el hash para crear mensajes de gran tamaño u otros métodos como la criptografía basada en celosía. Toda esta investigación tiene como objetivo crear tipos de cifrado que las computadoras cuánticas encontrarían difíciles de descifrar.
Computadoras Cuánticas y Minería de Bitcoin
La minería de Bitcoin también utiliza criptografía. Los mineros compiten para resolver un rompecabezas criptográfico a cambio de la recompensa en bloque. Si un solo minero tuviera acceso a una computadora cuántica, podría ganar dominio sobre la red. Esto reduciría la descentralización de la red y potencialmente la expondría a un ataque del 51%.
Sin embargo, según algunos expertos, esta no es una amenaza inmediata. Los circuitos integrados de aplicación específica (ASIC) pueden reducir la eficacia de dicho ataque, al menos en el futuro previsible. Además, si varios mineros tienen acceso a una computadora cuántica, el riesgo de tal ataque se reduce significativamente.
Pensamientos Finales Sobre las Computadoras Cuánticas
El desarrollo de la computación cuántica y la amenaza resultante para las implementaciones actuales de cifrado asimétrico parece ser solo una cuestión de tiempo. Sin embargo, no es un problema de preocupación inmediata: hay obstáculos teóricos y de ingeniería gigantes que superar antes de que se materialice por completo.
Debido a las inmensas apuestas involucradas en la seguridad de la información, es razonable comenzar a sentar las bases contra un vector de ataque futuro. Afortunadamente, se está llevando a cabo una gran cantidad de investigación sobre posibles soluciones que podrían implementarse en los sistemas existentes. Estas soluciones, en teoría, prepararían nuestra infraestructura crítica para el futuro contra la amenaza de las computadoras cuánticas.
Los estándares resistentes a la tecnología cuántica podrían distribuirse al público en general de la misma manera que se implementó el cifrado de extremo a extremo a través de navegadores y aplicaciones de mensajería conocidos. Una vez finalizados estos estándares, el ecosistema de criptomonedas podría integrar la defensa más fuerte posible contra estos vectores de ataque con relativa facilidad.
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